Sementasyon İşlemi

Sementasyon, yüzey sertleştirme yöntemlerinden, en eski ve en yaygın kullanılan işlemdir. Düşük karbonlu çeliklerin yüzeyine, karbon emdirilmesiyle gerçekleşir. Karbon içeren bir ortamda, östenit faz sıcaklığına kadar ısıtılmasıyla oluşur. 850-900 santigrat derece arasında sıcaklıklarda yapılır.

Çelik, sementasyon sıcaklığında karbon difüzyonu arzu edilen derinliğe kadar ilerlemesi için belir bir süre tutulur. Bu süreye Sementasyon zamanı denir. Bu süre zarfında, parça yüzeyinden içeriye difüz eden karbonun ilerleme derinliğine ise Sementasyon derinliği denir.

Ağır darbeye maruz kalan ve sürekli çalışan, dişliler, şaftlar, rüzgar türbinleri gibi parçalara uygulanmaktadır.




Sementasyon Çeşitleri

*Kutu Sementasyonu

*Tuz Banyosunda Sementasyon

*Gaz Sementasyonu


Kutu Sementasyonu

Odun kömürü ile yapılan bir işlemdir, kutu içerisinde mevcut oksijenin yardımıyla meydana gelmektedir. Yüksek sementasyon derinliklerine ulaşılmaz, maks. 0,85 mm’lik derinlik elde edilebilir.

Tuz Banyosunda Sementasyon

Aktif karbon verici Sodyum Siyanür (NaCN) ve Potasyum Siyanür (KCN)’dür. 1,5 mm kadar derinliklere ulaşılabilir. Derinlik arttıkça tuz sarfiyatı artar bu sebeple 0,5mm den fazla derinlikler için bu işlem uygulanması avantajlı değildir.

Gaz Sementasyonu

2mm’ye kadar homojen sementasyon derinliği sağlar. Kullanılması kolay fırın sistemiyle yapılır.

Mikro yapıdan da görüldüğü gibi, yüzeyden çekirdeğe inildikçe sertlik azalmıştır. Martenzit yapı gözlenmektedir.

(Alt taraftaki siyah kısım bakalit.)

Demir Karbon Denge Diyagramı

Demir ve Karbon bir araya geldiğinde Çelik ve Dökme demir adında iki yeni mekanik özellikleri farklı alaşımlar meydana gelir. En fazla karbon %6,67 dir. Bu noktada %100 Sementit (Fe3C) oluşur. %4,5 ten sonrasının teknolojik bir önemi yoktur. Yatay eksen, erimiş demir içersindeki  C oranını, düşey eksen ise artan sıcaklığı göstermektedir.

Max. %2 Karbon olan bölge Çelik bölgesidir. %0,83C altındaki bölgeye Ötektoid altı çelikler, bu orandan %2 C oranına kadar olan bölgeye de Ötektoid üstü çelikler denir. C oranı %2-6,67 arası da Dökme Demir olarak adlandırılır.

Sıcaklık ve karbon oranının değişimi, iç yapıyı da değiştirmektedir.

Bulunan yapılar;

Ferrit

Hacim merkezli kübik yapıya sahip. Hemen hemen saf demir olan çok yumuşak bir fazdır. İyi şekil değiştirebilir ve Manyetiktir.

Ostenit

Yüzey merkezli kübik yapıya sahip. Tokluğu yüksek, çok iyi şekil değiştirebilen bir yapıdır ve manyetik değildir.

Sementit (Fe3C)

Çeliğin sert olmasını sağlar, max %6,67 C ihtiva eder. Oldukça sert ve gevrek bir yapıda buludur.

Perlit

Ferrit + Sementit ile oluşur. YMK, HMK e dönüşür. %100 perlit ancak %0,8 C miktarı durumda meydana gelir. (Ötektoid noktada)

Ledeburit

Yapısı Sementit+Östenit oluşur. Ötektik sıcaklığında sıvıdan dönüşüm ile oluşur. %4,3 C içeriyorsa %100 Ledeburittir.

Dönüşmüş Ledeburit

Ötektoid Sıcaklığın altındaki Ledeburit yapısıdır. Ostenit taneleri perlite dönüşür.

Önemli noktalar;

Ötektik Nokta

Bu noktada tek olan sıvı faz, iki ayrı katı faza dönüşür. C oranı %4,3, sıcaklıkta 1147 santigrat derecedir. Sıvı > Östenit+Sementit

Ötektoid Nokta

Katı fazın, iki ayrı katı faza dönüştüğü noktadır. %0,83 C oranına sahip, 723 santigrat derece sıcaklıktadır. Östenit >  Sementit + Ferrit

Peritektik Nokta

Soğuma esnasında bir katı, bir sıvı fazın farklı bir katı faza dönüşüme uğradığı noktadır. Delta demir + Sıvı > Östenit

Dönüşüm Sıcaklıkları

A1: Isıtılırken östenitin oluşmaya başladığı sıcaklıktır.

A2: Ötektoid altı çeliklerde, ısıtırken ferritin östenite dönüşümünü tamamladığı sıcaklıktır.          

Acm: Ötektoid üstü çeliklerde, ısıtırken sementitin östenite dönüşümünü tamamladığı sıcaklıktır.

İndüksiyon Yüzey Sertleştirme

Parçanın tamamında değilde belirli bir bölgesinde sertlik istenilen ısıl işlem türlerinden bir tanesidir. Parçanın yüzeyinde kontrollü ısıtma ve soğutma yapılarak martenzitik sertleşme meydana getirilir, böylece o bölgede sertlik artmaktadır. Parçanın çekirdek yapısı ve sertliği değişmemektedir.

Parçaları tekrar tasarlayıp, üretmek yerine hatalı bölgeyi iyileştirmek mümkün olur ve buda büyük
avantaj sağlayabilir.

Aşırı bir yüke maruz kalan parçalara uygulanmaktadır. (Dişliler, şaftlar, akslar, presleme aksamlar vs..)

Akım yüklü bir bakır indüktör manyetik alan üretir. Bu manyetik alan, mekanik parçanın yüzeyindeki siklonları indüklemektedir. Böylece lokal ısınma oluşur. Sertleşme sıcaklığında ısıtılmasının ardından bir fıskiye ile ani soğutularak uygulanır.

İşlem sonrasında gerekliği olduğu hallerde tokluğu arttırmak için menevişleme işlemide uygulanmaktadır.

Tavlama işlemi ve Tavlama Türleri

Tavlama, çeliğin bir sonraki imal işlemlerini kolaylaştıracak yapıya getirme işlemidir. Östenitleme ve soğutma aşamalarından oluşur.

Talaşlı işlenebilirlik kabiliyetini arttırmak,
Mekanik özelliklerini iyileştirmek,
Sünekliğini arttırmak,
İstenen yapıyı elde etmek,
İç gerilmeleri kaldırmak için uygulanır.


Tavlama Türleri

1.Normalizasyon Tavlaması 

Çeliğin sertleştirme sıcaklığına yakın sıcaklığa kadar ısıtılıp ardından havada soğutulması işlemine denir. Yüksek sıcaklıklara kadar ısıtılmış(kaynak, dövme işlemleri görmüş) kaba tanelere ulaşmış malzemelerin kaba tanelerini inceltmek için yapılmaktadır.

2.Homojenleştirme Tavlaması

Amacı yapıyı homojenleştirmek, yani alaşım elementlerinin yayınımı sağlamaktır. Döküm malzemelere uygulanır.

3.Gerilim Giderme Tavlaması

Malzemeye göre 550-750C arasında genelde 2 saat uygulanır. Faz dönüşümü yoktur.
Amacı malzemenin işlenirken veya plastik deformasyona kaldığında oluşan gerilmeleri gidermektir.

4.İzotermal Tavlama

Östenitleme sıcaklığına ulaştıktan sonra, östenit sıcaklığının altına dönüşüm sıcaklığına aniden soğutma işlemidir. Yüzey sertleştirme işlemi görecek ve hassas parçalara uygulanır.
İşlenebilirliği arttırmak için ve distorsiyonları azaltmak için yapılır.

5.Rekristalizasyon Tavı

Soğuk şekillendirmeye maruz kalmış malzemelerin 600C’de yaklaşık 1 saat kadar bir süre tutulması işlemidir.

Soğuk işleme maruz kalan çeliğin, zamanla soğuk işlenebilme kabiliyetini azalır ve sertliği artar. İşlemeden gelen bu sertliği almak ve işlenebilirliğini arttırmak için uygulanır.
Düşük haddelenmiş düşük karbonlu sac ve bant şeklindeki çeliklere, 18/8 türü paslanmaz çeliklere ve Hadfield çeliklerine uygulanmalıdır.

6.Yumuşatma Tavı

Belirli bir sıcaklığa kadar ısıtma ve kendi halinde soğumaya bırakılma işlemidir.
Sert yüzeyleri olan çeliği yumuşatarak işlenmesini kolaylaştırılır, işlendikten sonra ısıl işlem uygulanır.